具有距離感測功能的按鍵與鍵盤的製作方法

2023-09-17 05:22:15

本發明系提供一種按鍵與鍵盤，尤指一種具有距離感測功能的按鍵與鍵盤。

背景技術：

傳統的機械式按鍵包含有底板、鍵帽、復位件以及致動彈片。復位件設置在底板，鍵帽則裝設在復位件上，以使鍵帽可相對底板產生垂直按壓作動。致動彈片位於鍵帽的旁側，鍵帽相對底板移動到特定位置時會碰觸到致動彈片，致動彈片便會致發電子開關，輸出對應於該機械式按鍵的控制指令，且致動彈片另會施加彈性回復力給鍵帽以提供操作手感。然而，傳統機械式按鍵系透過按壓鍵帽所產生的致動彈片變形去致發電子開關，鍵帽相對於底板的移動需超過特定長度才能驅使致動彈片產生足夠的變形量，意即機械式按鍵的操作行程較長，整體機構的體積也較大，不適於應用在消費性電子產品。

技術實現要素：

本發明系提供一種具有距離感測功能的按鍵與鍵盤，以解決上述之問題。

本發明之申請專利範圍系揭露一種具有距離感測功能的按鍵，其包含有一鍵帽、一底板、一支撐件、一復位元件以及一距離感測單元。該底板具有一導槽結構。該支撐件具有相對的一第一端與一第二端。該第一端連接於該鍵帽，該第二端以可活動方式結合該導槽結構。該復位元件設置在該支撐件與該導槽結構之間。該距離感測單元可拆卸地設置於該底板上。該距離感測單元系偵測該鍵帽相對於該底板之位移，以判斷該按鍵是否被致發。

本發明之申請專利範圍另揭露一種具有距離感測功能的鍵盤，其包含有一底板以及複數個按鍵。該底板具有複數個導槽結構。該複數個按鍵設置在該底板上。各按鍵包含有一鍵帽、一支撐件、一復位元件以及一距離感測單元。該底板具有一導槽結構。該支撐件具有相對的一第一端與一第二端。該 第一端連接於該鍵帽，該第二端以可活動方式結合一對應導槽結構。該復位元件設置在該支撐件與該對應導槽結構之間。該距離感測單元可拆卸地設置於該底板上。該距離感測單元系偵測該鍵帽相對於該底板之位移，以判斷各按鍵是否被致發。

本發明的按鍵及其鍵盤系利用具有距離感測功能的距離感測單元偵測鍵帽與底板之間的相對位移，位移量低於門檻時表示按鍵被誤觸，位移量高於門檻則表示按鍵被致發；因此本發明可藉由調整門檻的數值大小，控制按鍵之距離感測功能的偵測敏感度，例如門檻較小表示輕觸按鍵即能致發，門檻較大表示要重壓按鍵才可相應致發。再者，由於距離感測單元可精確取得鍵帽與底板之相對位移的數值及其變化，本發明進一步還能利用距離感測單元分析該位移的變化量和/或停頓時點，判斷使用者系長時間施壓按鍵、瞬間點擊按鍵、或間歇性點擊按鍵，據此觸發按鍵輸出對應於不同點擊頻率的控制指令，提供豐富的多樣操作手感。

此外，本發明的鍵盤上系設置有複數個按鍵，每一個按鍵都能提供距離感測功能。距離感測功能的偵測精度/敏感度是根據距離感測單元的預設門檻(門檻用以比對於鍵帽之位移量)而定，故使用者可任意設定門檻值來決定按鍵的偵測精度/敏感度，且較佳會在使用前/出廠前利用校正機制將所有距離感測單元的偵測精度/敏感度同步調整成一致，使能提供較佳的用戶體驗。相較先前技術，本發明以距離感測單元取代傳統機械式按鍵的致動彈片，除了能夠自行調整按鍵受致發的偵測精度/敏感度之外，還能大幅減少按鍵的結構體積，更適用於消費性薄型電子產品。

附圖說明

圖1為本發明實施例之鍵盤之示意圖。

圖2與圖3分別為本發明第一實施例之按鍵在不同操作階段之結構剖視圖。

圖4與圖5分別為本發明第二實施例之按鍵在不同操作階段之結構剖視圖。

圖6為本發明第二實施例之按鍵於另一變形態樣之結構剖視圖。

圖7與圖8分別為本發明第三實施例之按鍵在不同操作階段之結構剖視圖。

附圖標號說明：

本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

請參閱圖1至圖3，圖1為本發明實施例之鍵盤10之示意圖，圖2與圖3分別為本發明第一實施例之按鍵12在不同操作階段之結構剖視圖。鍵盤10上可設置複數個按鍵12，該些按鍵12具有距離感測功能、且可視設計需求而有不同的實施態樣。按鍵12包含有底板14、鍵帽16、支撐件18、復位元件20、距離感測單元22以及屏蔽件28。底板14為鍵盤10內部的電路板。鍵帽16為使用者按壓的界面，鍵帽16上會印刷符號標誌，以供辨別按鍵12代表的符號指令；鍵帽16的結構還可部分由透光材料製作。支撐件18具有相對的第一端181與第二端182。支撐件18系穿透屏蔽件28，使其第一端181連接於鍵帽16，第二端182以可活動方式結合底板14上對應的導槽結構24，使得鍵帽16可相對底板14進行上下移動。

復位元件20設置在支撐件18和導槽結構24之間，通常為一種壓縮彈簧，然不限於此；當使用者施加到鍵帽16的外力移除時，復位元件20的彈性恢復力可將鍵帽16推回初始位置。距離感測單元22以可拆卸方式設置在底板14上，使用者可根據按鍵12之偵測敏感度之需求任意替換不同規格的距離感測單元22。距離感測單元22系用來偵測鍵帽16相對於底板14的位移變化，例如在鍵帽16的位移量達到預設門檻時判定按鍵12被致發；或在鍵帽16的位移量沒有達到預設門檻時判定按鍵12僅被誤觸而未被致發，因此按鍵12的偵測敏感度也可透過距離感測單元22進行調整。第一實施例中，距離感測單元22是一種光感測元件，設置在導槽結構24內、且距離感測單元22之偵測面221系朝向支撐件18的底面。支撐件18之底面被定義為工作面25，工作面25上具有特徵圖案；隨著支撐件18在導槽結構24內之移動，距離感測單元22可根據偵測所得之特徵圖案的變形量，判斷鍵帽16相對於底板14的位移。

除了以光感測方式執行距離感測單元22的距離感測功能，本發明另可使用電阻式感測元件或電容式感測元件作為距離感測單元22。具有電阻式感測功能的距離感測單元22可在支撐件18接近時，感應支撐件18之底面(工作面25)上的電極是否導通而致發按鍵12；具有電容式感測功能的距離感測單元22則於支撐件18接近時，依其電容變化所產生誘導電流來判斷是否致發按鍵12。

如圖2所示，鍵帽16未受到外力按壓，復位元件20將支撐件18承託於初始位置(較高處)，工作面25間隔距離感測單元22較遠，距離感測單元22系偵測到小面積的特徵圖案；如圖3所示，鍵帽16受到外力按壓而帶動支撐件18相對底板14下降，工作面25接近距離感測單元22，距離感測單元22便會偵測到大面積的特徵圖案。如此一來，距離感測單元22即能依特徵圖案的變形量去判斷鍵帽16與底板14的相對位移。其中，鍵盤10可具備獨立的運算處理單元，用來接收所有距離感測單元22的偵測資料以進行分析；或者每一個距離感測單元22各自都具有運算處理功能，用以執行特徵圖案的自主偵測及運算分析。

本發明的鍵盤10可透過光感測功能決定按鍵12何時為誤觸、或是被正確致發；此外，按鍵12還兼具發光功能，能根據各按鍵12是否被按壓、及鍵盤10上方的使用者手勢而決定發光特性之變化。詳細來說，支撐件18可選擇以導光材質製作而成，此時距離感測單元22除了偵測工作面25上的特徵圖案變化，還能夠通過具導光特性的支撐件18接收到鍵帽16外的環境亮度變化，例如環境亮度從亮轉暗時表示有外部物件移動到按鍵12上方，環境亮度由暗轉亮則表示外部物件遠離了按鍵12。除此之外，按鍵12另可選擇性包含光導部件26，其一端系對準於距離感測單元22，另一端穿過屏蔽件28以指向鍵帽16上方。距離感測單元22可經由光導部件26接收鍵帽16外的環境亮度變化，以判斷外部物件相對於按鍵12的位置關係。

一般來說，按鍵12僅需擇一選擇其中一種設計特徵(意即導光材質製作的支撐件18和光導部件26)就能得到環境光偵測功能，然或可視實際情況同時配置該兩種設計特徵。請再參照圖1，鍵盤10的所有按鍵12較佳都具備環境光偵 測功能，當使用者手勢從鍵盤10上懸空通過時，以陣列形式擺放的複數個按鍵可分別偵測到使用者手勢通過鍵盤10上方產生的環境明暗變化，意即可辨識出使用者手勢的方向、速度與移動軌跡，以產生相應的控制指令。

按鍵12另可包含導光件30以及發光單元32。導光件30之一端插設於屏蔽件28的開孔281，發光單元32設置在底板14上且對齊導光件30之另一端；因此，發光單元32產生的光線可經由導光件30射出屏蔽件28，讓使用者可從按鍵12上方看到該些光線。再者，按鍵12還可包含透光結構34，其系設置於底板14且延伸到屏蔽件28外。發光單元32亦對齊透光結構34，故發光單元32產生的光線也會經由透光結構34射出底板14，讓使用者可從相鄰按鍵12間的縫隙看到該些光線。結合前述的手勢偵測功能，本發明可根據使用者手勢通過鍵盤10上方的移動軌跡，驅使特定按鍵12發出提示光線/裝飾光線，例如從各按鍵12的鍵帽16上透出提示光線/裝飾光線、或從相鄰按鍵12間的底板上透出提示光線/裝飾光線。

於本發明第一實施例中，除了偵測支撐件18之工作面25上的特徵圖案，距離感測單元22(光感測元件)還可依據工作面25的反射亮度變化來判斷鍵帽16相對於底板14的位移。舉例來說，工作面25遠離距離感測單元22時，如圖2所示，工作面25的反射亮度減弱；工作面25接近距離感測單元22時，如圖3所示，工作面25的反射亮度增強。距離感測單元22能藉由分析工作面25的反射亮度變化取得鍵帽16與底板14的相對位移，進而判斷按鍵12是否被致發。

請參閱圖4與圖5，圖4與圖5分別為本發明第二實施例之按鍵12』在不同操作階段之結構剖視圖。第二實施例中，與第一實施例具有相同編號的元件具有相同的結構與功能。第二實施例與第一實施例之差異在於，支撐件18具有延伸部36，且工作面25形成在延伸部36上；按鍵12』的距離感測單元22』位於導槽結構24外，距離感測單元22』之偵測面221』系朝向延伸部36上的工作面25。按鍵12受壓使支撐件18相對於導槽結構24移動時，距離感測單元22』會偵測到工作面25上之特徵圖案的移動量變化，由此取得鍵帽12與底板14的相對位移信息。按鍵12』的發光單元32』系設置在底板14的導槽結構24內。發光單元32』 對齊於支撐件18，讓發光單元32』產生的光線能經由支撐件18(由導光材質製作)射出鍵帽16。或者請參閱圖6，圖6為本發明第二實施例之按鍵12』於另一變形態樣之結構剖視圖，發光單元32』還可選擇性設置在支撐件18的第二端182，發光單元32』會隨著支撐件18相對導槽結構24上下移動，用於通過支撐件18(由導光材質製作)將光線導出鍵帽16。

請參閱圖7與圖8，圖7與圖8分別為本發明第三實施例之按鍵12」在不同操作階段之結構剖視圖。第三實施例中，與前述實施例具有相同編號的元件具有相同的結構與功能。第三實施例與前述實施例之差異在於，按鍵12」另包含彈力元件38，設置在底板14上且鄰近支撐件18；支撐件18具有推抵部40，其系以可分離方式接觸彈力元件38。工作面25形成於彈力元件38上，距離感測單元22」的偵測面221」朝向彈力元件38的工作面25，並隨著彈力元件38之彈性變形來偵測工作面25上特徵圖案的移動量。當鍵帽16沒有受到外力按壓時，如圖7所示，推抵部40系可未直接接觸彈力元件38、或是僅觸及彈力元件38但沒有造成彈力元件38發生彈性變形；鍵帽16被外力施壓後，如圖8所示，鍵帽16與支撐件18隨同下移，推抵部40壓附彈力元件38以產生彈性恢復力，此時工作面25的位置改變，距離感測單元22」可根據工作面25上特徵圖案的移動量，判斷鍵帽16相對於底板14的位移。在彈力元件38的變形過程中，彈力元件38的彈性恢復力會通過推抵部40施加於支撐件18，讓使用者按壓按鍵12時能感受到反饋的操作手感。

按鍵12」的發光單元32』可設置在底板14或支撐件18的第二端182上，以通過導光材質製作的支撐件18將光線射出鍵帽16。或者，第二實施例的按鍵12』與第三實施例的按鍵12」都可選擇性配設第一實施例所述之光導部件26、導光件30和/或透光結構34，用來將發光單元32』產生的光線導出鍵帽16或底板14。

綜上所述，本發明的按鍵及其鍵盤系利用具有距離感測功能的距離感測單元偵測鍵帽與底板之間的相對位移，位移量低於門檻時表示按鍵被誤觸，位移量高於門檻則表示按鍵被致發；因此本發明可藉由調整門檻的數值大小，控制按鍵之距離感測功能的偵測敏感度，例如門檻較小表示輕觸按鍵即能致 發，門檻較大表示要重壓按鍵才可相應致發。再者，由於距離感測單元可精確取得鍵帽與底板之相對位移的數值及其變化，本發明進一步還能利用距離感測單元分析該位移的變化量和/或停頓時點，判斷使用者系長時間施壓按鍵、瞬間點擊按鍵、或間歇性點擊按鍵，據此觸發按鍵輸出對應於不同點擊頻率的控制指令，提供豐富的多樣操作手感。

還需一提的是，本發明的鍵盤上系設置有複數個按鍵，每一個按鍵都能提供距離感測功能。距離感測功能的偵測精度/敏感度是根據距離感測單元的預設門檻(門檻用以比對於鍵帽之位移量)而定，故使用者可任意設定門檻值來決定按鍵的偵測精度/敏感度，且較佳會在使用前/出廠前利用校正機制將所有距離感測單元的偵測精度/敏感度同步調整成一致，使能提供較佳的用戶體驗。相較先前技術，本發明以距離感測單元取代傳統機械式按鍵的致動彈片，除了能夠自行調整按鍵受致發的偵測精度/敏感度之外，還能大幅減少按鍵的結構體積，更適用於消費性薄型電子產品。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。